[发明专利]一种功能化石墨烯及其复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化石墨制备石墨烯的方法，具体涉及一种功能化石墨烯及其复合材料的制备方法。

背景技术

2004 年, 英国曼彻斯特大学的Geim研究小组首次制备出稳定的石墨烯，掀起了石墨烯的研究热潮。理想的石墨烯结构结构为sp2 杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料，是目前世界上最薄的单原子层厚度的材料。石墨烯不仅有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cm²/(V·s))，突出的导热性能(5000 W/(m·K)), 超常的比表面积(2630 m²/g)，也有可与碳纳米管媲美的杨氏模量(1100 GPa)和断裂强度(125 GPa), 另外, 石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall effect)及室温铁磁性等特殊性质。石墨烯的制备主要有物理方法和化学方法。物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料, 通过微机械剥离法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。另外一种则是制备石墨烯常用的氧化石墨-还原法，它是石墨先经强酸氧化得到含有环氧及羰基等含氧基团的氧化石墨，再通过外力剥离得到氧化石墨烯, 进一步还原制备得到高产量石的还原墨烯。但是这种方法由于经过了强酸氧化过程，对原有石墨杂化结构破坏程度非常大，即使经过化学还原或高温热处理还原也无法达到程度较大的程度，这直接较大程度的影响了所得石墨烯本身应具有的一系列特殊性能。

由于石墨烯具有优异的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的功能增强

方面被认为具有广泛的研究前景。在聚合物纳米复合材料的制备过程中，要使复合材料的性能达到最大化的体现，不仅与纳米填料本身优异的性能有关，更重要的是纳米填料在聚合物基体中的分散程度及界面化学性质等方面。因此，通过共价和非共价的方法来修饰纳米填料的表面，使其在聚合物基体中达到均匀的分散一直是人们努力的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种功能化石墨烯及其复合材料的制备方法，具体技术方案如下。

一种功能化石墨烯的制备方法，该方法以天然石墨为原料，通过傅克（Friedel-Crafts）反应，得到改性石墨，将所得改性石墨经过抽提纯化，再通过超声均匀分散在有机溶剂中形成稳定的石墨烯悬浮液。

上述的功能化石墨烯的制备方法中，所述傅克（Friedel-Crafts）反应即将石墨，酸酐化合物或酰卤或卤代烷中一种化合物，和催化剂混合，在机械力搅拌作用下，在50~150℃加热反应5~72h。

上述的功能化石墨烯的制备方法中，所述酸酐化合物或酰卤或卤代烷为对氨基苯甲酸，间氨基苯甲酸，3,5-二氨基苯甲酸，4-氨基-3-羟基苯甲酸，2-氨基-4-氯苯甲酸，2-氨基-5-甲基苯甲酸，苯甲酰氯，对苯二甲酰氯，邻氯苯甲酰氯，对氯苯甲酰氯，邻氯苯酚，对氯苯酚，邻氯苯胺，4-氯苯胺中的一种；所述催化剂为氯化铁，氯化铝，氯化锌，磷酸，多聚磷酸，氢氟酸，硫酸，硼酸，盐酸中的一种。

上述的功能化石墨烯的制备方法中，所述有机溶剂为乙醇，丙酮，乙腈，二氯甲烷，四氢呋喃，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种。

上述的功能化石墨烯的制备方法中，所述石墨与卤代烷或酰卤或酸酐质量比例为5:1~1:5；所述石墨烯悬浮液溶度为0.01mg/ml~5mg/ml。

本发明的石墨烯聚合物复合材料的制备方法，其将环氧树脂加入所述石墨烯悬浮液中搅拌溶解，超声混合均匀，减压蒸馏除去所述有机溶剂得到石墨烯/环氧树脂复合物，依次加入环氧树脂固化剂，促进剂，微米银片，在150℃加热固化3h后，得到所述的石墨烯聚合物复合材料，即石墨烯/环氧树脂导电复合材料。

上述的石墨烯聚合物复合材料的制备方法中，所述原料重量份数用量如下：

环氧树脂               100份

固化剂                 50～90份

促进剂                1～5 份

石墨烯                0.5～10 份

银片                  500～1000份

上述的石墨烯聚合物复合材料的制备方法中，所述石墨烯质量为环氧树脂的0.5~10wt%。

上述的石墨烯聚合物复合材料的制备方法中，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MZ）、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MZ-CN）、或甲基咪唑中的一种或多种的混合物。